[实用新型]基于智能手机监测平台的光纤表面等离子体共振图像传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于一种生化传感技术领域，涉及到表面等离子体共振(SPR)的原理。

背景技术

表面等离子共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)传感器是一种新型的光电检测技术，它的关键探测部分是一个基于表面等离子体共振效应的敏感区域，当入射光在满足一定条件时，引起金属自由电子的共振，从而使特定波长的反射光明显减弱来实现传感效应。与传统的传感器相比，它具有设备简单、灵敏度高、稳定性好、响应速度快等优点，已经在医学、生物、环境、食品检测、制药等许多重要领域得到广泛的应用并逐渐走向成熟，具有良好的发展前景。

目前，棱镜式SPR传感器在国外已经有了商品化的成品仪器，并且也可以实现多通道在线检测，但是由于其结构复杂、体积庞大、不适宜便携式测量等，应用推广受到很大的限制。光纤因其本身的小尺寸、高灵活性以及成本低等独特优势，成为便携式传感器的一种发展方向。光纤SPR传感器与棱镜SPR传感器相比，具有灵敏度高，响应速度快，动态范围大，防电磁干扰，超高绝缘，无源性，适于实时检测，体积小,灵活性高等优点。

但是，目前的光纤SPR传感器需要在实验室中使用，无论波长SPR、偏振SPR、角度SPR还是图像SPR需要光源、解调仪、CCD等实验器材，成本较高，而且对实验条件要求比较高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种便携式光纤SPR图像传感器，使用光纤SPR元件替代棱镜元件，大幅度简化了光路与控制系统，使用智能手机的LED闪光灯和摄像头作为光源和探测器，整个系统结构简单，成本低廉，可以用于进行生化样品的快速检测。该传感器不需要大型的实验仪器，便于携带。不会对样品产生损伤，对工作环境的要求低。该传感器不仅能实现生化检测，而且增加了参考通道，确保实验结果的准确性。

本实用新型所采用的技术方案是：一种基于智能手机监测平台的光纤表面等离子体共振图像传感器，该光纤表面等离子体共振图像传感器包括两条通道：测试通道和参考通道；测试通道：手机上的LED闪光灯通过光纤和光纤传感元件，最终光纤连接摄像头；参考通道是由LED闪光灯与摄像头直接连接的光纤构成；光纤传感元件通过光纤与LED闪光灯和摄像头形成闭合回路，光从LED闪光灯发出，依次通过光纤和光纤传感元件，再从光纤传感元件另一端射出被摄像头捕捉并生成图像，进入摄像头端的光纤作为测量通道的信号，通过手机计算图像的光强变化，实现对待测样品的探测；

LED闪光灯外依次设有透镜和滤波片；

所述的光纤传感元件即被流通池包裹的光纤区域，光纤传感元件采用光纤导光毛细管，将被流通池包裹部分去除5-10mm包层后，镀45-55nm厚度的金膜制成；

所述的光纤传感元件由流通池包裹，流通池上开有流通池入口和流通池出口，待测样品由流通池入口流入，流经光纤传感元件表面后，再由流通池出口流出。

本实用新型的效果和益处是在可以在随时随地进行SPR生化检测，简单快捷，而且成本低廉。

附图说明

附图1是基于智能手机检测平台的光纤SPR图像传感器系统示意图。

图中：1LED闪光灯；2透镜；3滤波片；4光纤；5流通池入口；6流通池出口；7光纤传感元件；8流通池；9参考通道；10测量通道；11摄像头；12手机。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的具体实施方式。

1.仪器

(1)一台智能手机，如图1。

(2)一个液体流通池，如图1。

(3)光纤，材质为由长飞公司生产的塑料光纤HPOF,惠普400/430-37/730E。长度为15㎝，纤芯和包层的直径分别为400μm和430μm数值孔径为0.37，导光毛细管SPR传感元件，材质由美国莫仕公司生产的LTSP150/375，长度4cm，内外经分别为150μm和375μm，数值孔径0.22。

2.设备工艺

对导光毛细管的端面利用研磨技术进行微结构处理，将两个端面制作成平面。然后在中间部位去掉5mm的包层，使用镀膜机镀上50nm的金膜，在镀膜的位置安装上流通池。一根光纤两端磨平，作为参考通道。两根导入导出光纤，其中一端与LED对准，另一端与摄像头对准，如图1。

3.操作

测试装置如图1所示。待测样品为刀豆球蛋白A。在实施过程中，来自LED的光通过光纤后进入到摄像头，在手机屏幕上会检测到两个圆形光斑。当依次向流通池中通入折射率变大的液体时，会在光纤镀金膜的区域发生SPR现象，随着液体折射率的升高，会发现作为测量通道的光纤的另一端光强逐渐增强，而没有镀膜的光纤端面光强没有显著变化。通过程序对光斑进行处理，会得到相对强度(测试通道与参考通道光斑光强的比值)与液体折射率的关系，从而完成折射率的测量。通过将摄像头捕捉到的彩色图像转换为灰度图像。在灰度图像里，每一个图像的亮度用灰度值来表示，灰度值可以从0％(白色)变化到100％(黑色)。所以照片的强度可以用图片上所有像素点的灰度值之和来衡量。该系统用于测试不同折射率的溶液，得到了良好的线性响应曲线，而且由于参考通道的存在，即使在光源发生了较大波动的情况下，仍然得到了较为理想的测试结果。此外作为测试通道的光纤可以进行化学修饰使其拥有特异性识别功能。